异质结发展现状及原理 pn结是组成集成电路的主要细胞。50年代pn结晶体管的发明和其后的发展奠定了这一划时代的技术革命的基础。pn结是在一块半导体单晶中用掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。一般pn结的两边是用同一种材料做成的(例如锗、硅及砷化镓等)，所以称之为“同质结”。如果把两种不同的半导体材料做成一块单晶，就称之为“异质结“。结两边的导电类型由掺杂来控制，掺杂类型相同的为“同型异质结”。掺杂类型不同的称为“异型异质结”。另外,异质结又可分为突变型异质结和缓变型异质结,当前人们研究较多的是突变型异质结。 1 异质结器件的发展过程 pn结是组成集成电路的主要细胞,50年代pn结晶体管的发明及其后的发展奠定了现代电子技术和信息革命的基础。 1947年12月,肖克莱、巴丁和布拉顿三人发明点接触晶体管。1956年三人因为发明晶体管对科学所做的杰出贡献,共同获得了科学技术界的最高荣誉——诺贝尔物理学奖。 1949年肖克莱提出pn结理论,以此研究pn结的物理性质和晶体管的放大作用,这就是著名的晶体管放大效应。由于技术条件的限制,当时未能制成pn结型晶体管,直到1950年才试制出第一个pn结型晶体管。这种晶体管成功地克服了点接触型晶体管不稳定、噪声大、信号放大倍数小的缺点。 1957年,克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成异质结,比同质结具有更高的注入效率。 1962年,Anderson提出了异质结的理论模型,他理想的假定两种半导体材料具有相同的晶体结构,晶格常数和热膨胀系数,基本说明了电流输运过程。 1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了双异质结激光器。 1968年美国的贝尔实验室和RCA公司以及苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs—AlxGal—。As双异质结激光器l；人5)．他们选择了晶格失配很小的多元合金区溶体做异质结对． 在70年代里，异质结的生长工艺技术取得了十分巨大的进展．液相夕随(LPE)、气相外延(VPE)、金属有机化学气相沉积(MO—CVD)和分子束外延(MBE)
锗化硅材料导电特性的综述 摘要：从Si材料到化合物半导体再到SiGe，微电子领域应用对材料提出了很高的要求，而这些材料却具有不断优化的性能，SiGe在高速发射和集成方面有很大的进步，SiGe-HBT等新技术的实验与开发为新材料带来了非常大的应用空间。 1引言 随着半导体材料的发展和生产工艺的发展，对于半导体材料的性能要求越来越高，领域内产品的开发和人们的需求对于半导体材料在其电学特性上的要求也越来越高。在微电子领域，30 多年以来，Si 一直是半导体工业中占绝对优势的半导体材料。尽管最早采用的是Ge ，并且其他某些半导体材料也许具有较高的载流子迁移率、较大的载流子饱和漂移速度和较宽的禁带宽度,但由于Si 的许多优良特性，利用Si 能够实现最廉价的集成电路工艺,所以在整个微电子技术中，Si 器件的应用超过了97 %。 然而不同的半导体材料具有不同的电学特性，也具有针对不同需求的应用功能。在此同时，还诞生了很多新型半导体材料，比如SiC、SiGe，这些化合物半导体融合了元素半导体的强项性能，在微电子领域有更好的应用。本文介绍的是SiGe材料的导电特性，分别从理论和实验应用方面展开论述。 2理论研究和实验研究 2.1 理论研究 虽然现在Si 在微电子技术中占据着主导地位,但是由于其载流子的迁移率和饱和漂移速度较低，而且具有间接跃迁能带结构,限制了它在若干方面的应用。因此，在许多模拟电子技术领域，特别是在高频、高速方面(例如射频功率放大器和激光器) ，往往是GaAs、InP 等化合物半导体起主要作用。然而化合物半导体技术难以大规模集成，同时，加工不便、成本较高，所以人们还是希望从Si 技术中寻找出适应高频、高速需要的新技术。最早由IBM 提出的SiGe 技术在很大程度上满足了这种需求。SiGe 技术由于能够在Si 片上通过能带工程和应变工程改善Si 的性能，同时又能够采用成熟和廉价的Si 工艺技术来加工，所以受到人们的极大关注。以下分析一下Ge组分对SiGe的影响： 一．Ge的带隙宽度为0.67V，而Si的带隙宽度为1.12V，所以其特性有较大的改善，便于作HBT的基区以提高发射效率。 二．Ge的电子迁移率是Si的2.6倍，空穴迁移率是Si的3.5倍，而器件的速度取决于在一定电压下载流子被“推动”而通过期间的速度，所以Ge的注入在很大程度上提高了发射速率，增大了电流增益。 三．同时因能带作用，SiGe基区可以进行高掺杂，使基区可以做的很薄，打打缩短了电子在基区中的渡越时间，所以器件速度得以大幅度提高。 增加电子和空穴的迁移率在理论方面带来的利处有：
硅基锗材料的外延生长及其应用 摘要:硅是最重要的半导体材料,在信息产业中起着不可替代的作用。但是硅材料也有一些物理局限性,比如它是间接带隙半导体材料,它的载流子迁移率低,所以硅材料的发光效率很低,器件速度比较慢。在硅衬底上外延生长其它半导体材料,可以充分发挥各自的优点,弥补硅材料的不足。本文介绍了硅衬底上的锗材料外延生长技术进展,讨论了该材料在微电子和光电子等方面的可能应用,重点介绍了它在硅基高速长波长光电探测器研制方面的应用。 关键词:硅基;锗,外延;光电探测器 Epitaxy and application of Ge layer on Silicon substrate Huiwen Nie1, Buwen Cheng2 (1.Hunan Chemical Engineering Machinery School, Hunan Industrial Technology College 2.State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083)
Abstract: Silicon is the most important semiconductor material and it is irreplaceable in the information industry. But Silicon also has some shortcomings, such as very low luminescence efficiency and low device speed due to the indirect bandgap and low carrier mobility. Growing other semiconductors on Si substrate can take the advantages of the different semiconductors and improve the performance of the Si-based devices and integrated circuits. The progress of Ge growth on Si was introduced in the paper. The application of the Si-based Ge epitaxy layer was discussed, especially the application on Si-based high speed photodetectors operating at long wavelength. Key words: Si-based, Germanium, Epitaxy, Photodetector 1引言 硅基光电集成将微电子技术和光子学技术进行融合,是 微电子技术的继承和发展,是信息技术发展的重要前沿研究 领域。其研究内容包括硅基高效光源、硅基高速光电探测器、硅基高速光调制器、低损耗光波导器件等。硅衬底上外延生长的锗(Ge)材料是硅基高速长波长光电探测器的首选材料